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1、 1234n 最佳浆骨比配合比设计方法Mehta P K和Aitcin P C基于 该方法是在现有HPC实践经验的基 础上，对主要的配合比设计参数作出一些假设，从而得到试拌用的第 一盘配料的配合比。其主要假设有：一、水泥浆与骨料的体积比为3565。二、用水量根据混凝土强度等级取不同的设定值。三、假定含气量，再根据用水量和水泥浆体积，算出水泥用量。四、近似假设水泥与矿物掺合料(粉煤灰、硅灰及矿渣等)的体积 比 为7525，复合双掺时，硅灰与粉煤灰或矿渣的体积各为10%，15%；五、粗细骨料体积比设为6040；六、高效减水剂的掺量设为1%。由于这种方法中有许多假设，所以第一盘配料经计算出的配合比仅
2、能 起引导作用，为了获得正确的配合比，尚需进行大量的试验。1n 英国的Domone P L J等基于最大密实度理论的配 合比设计方法一、使集料所占据的相对体积尽可能地多，集料颗粒之间的 空隙由具有一定水胶比的浆体填充。二、浆体的水胶比根据混凝土的设计强度确定。但是如果浆 体仅仅填充集料间的空隙，则混凝土拌和物将不能流动，必须 使浆体有一定的富裕，以对集料起润滑作用。三、此外还要考虑细集料颗粒的表面积效应，使实际使用的 最优砂率小于集料颗粒堆积最密实时的砂率。“最大密实度理论”可使混凝土在具有良好工作性的前提下胶 结浆体的含量达到最小，以降低混凝土工作度的经时损失、水 化热、收缩、徐变以及碱一集
3、料应的可能性。1n 法国路桥实验中心基于Feret公式和Farris模型建议的 配合比设计方法一、混凝土的强度可用Feret公式通过有限的配合比参数进行预测 ；按照Farris模型，认为混凝土是砂、石、水泥三类固相颗粒形成的 复合悬浮液体，混凝土的工作性与拌合物的粘性密切相关。二、根据上述理论，对混凝土的配合比作以下三项假设：有一定 组成的混凝土强度主要受浆体性质的控制；不含砂、石的浆体可有 最高的强度；当混凝土集料的组成一定时，拌和物的工作性取决于 浆体的体积和浆体的流动性；三、满足一定的强度及工作性要求时，需要浆体体积最小的砂率 为最优砂率；对于等体积、等粘度、不同组成的浆体，最优砂率相
4、同。基于以上假设，大部分试验就可用模型材料进行，即用砂浆进行 力学试验，用浆体进行流变试验。这样可大大减少试验的工作量。 1n 全计算法陈建奎基于Mehta和Aitcin教授的观点和混凝土材料组成的四 项假定：一、混凝土各组成材料（包括固、气、液相）具有体积加和 性；二、石子的空隙由干砂浆来填充；三、干砂浆的空隙由水来填充；四、干砂浆由水泥、细掺料、砂和空隙所组成。五、水胶比决定强度。对高性能混凝土配合比设计，提出一种全计算方法，修正了 传统的绝对体积法，使高性能混凝土配合比设计从半定量走向 定量、从经验走向科学，是混凝土配合比设计上一较大的改进 。1n 普通混凝土配合比设计规程JGJ55中的
5、 质量法和体积法 20世纪70年代末，配合水泥国家标准的修订，颁布普通 混凝土配合比设计技术规定（JGJ55-81）。 经历的几次修订：普通混凝土配合比设计规程（ JGJ/T55-96、JGJ55-2000、JGJ 55-2011）。n 其它设计规程 水工混凝土配合比设计规程DL/T 5330-2005 自密实混凝土应用技术规程CECS 203：2006 轻骨料混凝土技术规程（JGJ 51-2002）这些设计规程对相应的混凝土进行了设计方法的规定。1上述Bolomey公式也是美国ACI(211.1)、英国(BRE1988)、法国 (Dreux 1970)、日本等配合比设计的基础。n 配合比确定
6、原理2n 设计原则及基本规定 应根据工程性质和所处的环境确定混凝土性能指标和选择原 材料。当混凝土有多项性能要求时，应采取措施确保主要技 术要求，并兼顾其他性能要求。 最大水胶比应符合混凝土结构设计规范GB50010-2010 的规定。 2n 设计原则及基本规定 矿物掺合料用量应符合有关规定，并经试验确定。计算出的 胶凝材料用量应符合普通混凝土配合比设计规程JGJ 55 -2011的规定。 冬期配合比的设计应符合建筑工程冬期施工规程JGJ/T 104-2011的要求。 其它的性能指标，如含气量、碱总量等应参考相关标准规定 。 2n 配 合 比 设 计 流 程2 争议一：质量法与体积法质量法（前
7、称重量法、假定容重法）是JGJ55提出的新的设 计方法，当时是从使用者的角度出发，尽量简化设计程序而确定的。它用不太精确的假定来代替以前体积法繁琐的试验和计算，最后用修正系数来校正，确保了配合比的计算精度 。标准在条文说明中指出“在实际工程中，混凝土配合比设计 通常采用质量法。体积法对技术要求略高。”标准中没 有明确说明体积法和质量法的区别和优劣，对于标准使用者 来说，无法判断哪个方法的好坏，多数就偏向于使用简单的 质量法。其实，随着现代办公软件的普及，例如微软Excel 软件的运用，可以很方便的对配合比设计的各个参数和公式进行计算，从而得到精确的配合比。22n 质量法和体积法的优缺点n 质量
8、法 优点：简单易学。 缺点：误差较大，需频繁校正n 体积法 优点：准确。适用面较广。 缺点：需要精确测定原材料的表观密度。2举例质量法和体积法的最大差别之处还在于混凝土配合比调整方面。 现代混凝土原材料的质量波动很大，施工配合比的调整非常频繁，调 整的各个参数可能有：砂率、外加剂掺量、掺合料取代比例、原始用 水量等。 质量法的弊端：调整后的混凝土体积发生了一定程度的变化。如 果要精确到1m3，需要频繁进行校正。 体积法：调整后的混凝土配合比体积始终为1m3。利用Excel函数 和公式，可以准确、快速的实现体积法的参数调整。n 设计引气混凝土配合比时的差异体积法可以通过设置含气量参数，来设计不同
9、含气量的混凝土配合 比。而质量法对此无能为力，只能辅助于实际含气量时的校正。举例：分别设计含气量为1%、2%、3%的混凝土配合比2注意：体积法设计的不同含气量配合比需要考虑含气量损失、振捣等 因素导致的亏方问题，在设计时可根据容重和实测的含气量结果进行 修正。修正好的配合比不会影响实际使用过程中的配合比调整。2 争议二：应采用何种干燥状态的骨料骨料表面干燥的状态分为：1、全干，2、气干（干燥），3、饱和面 干，4、湿润。 全干状态（或称烘干状态）：是砂在烘箱中烘干至恒重，达到内 、外部均不含水。 气干状态（或者干燥状态）：在砂的内部含有一定水份，而表层 和表面是干燥无水的，砂在干燥的环境中自然
10、堆放达到干燥往往 是这种状态。 饱和面干状态：骨料其内部孔隙含水达到饱和而其表面干燥。 湿润状态：砂的内部不但含水饱和，其表面还被一层水膜覆裹， 颗粒间被水所充盈。2n 饱和面干状态饱和面干状态，即砂的内部和表层均含水达到饱和状态，而表 面的开口孔隙及面层却处于无水状态。拌合混凝土的砂处于这种状态时，与周围水的交换最少，对配 合比中水的用量影响最小。因此，建议使用饱和面干的砂子进行 混凝土配合比的试配。 n 争议来自：JGJ55-2011规定使用骨料：细骨料含水率小于0.5%，粗骨料含 水率小于0.2%，接近于气干的状态；而从配合比理论上说，应 该用饱和面干状态的骨料。到底应该使用什么样干燥状
11、态的骨料？我认为如果从实用的角 度可使用接近气干的骨料，从准确的角度宜使用饱和面干状态的 骨料。3n 环境对混凝土破坏原因的分类3注：钢筋锈蚀本身是电化学作用，但从砼保护层的护筋 性讨论主要是物理作用，碳化也有化学作用n 配合比设计时应考虑的提高耐久性措施 破坏因素主要措施补充措施钢筋锈蚀 碳化提高混凝土强度（ C4050以上）保证保 护层厚度减少粉煤灰掺量，适当 加大水泥用量氯离子加大保护层厚度，降低 氯离子渗透系数（掺加 粉煤灰、矿粉，适当提 高混凝土强度）适当引气冻融交替掺合优质引气剂，保证 混凝土的含气量盐冻掺合优质引气剂，含气 量高于普通冻融交替配筋构件还须补充防氯 离子钢筋锈蚀的措
12、施3破坏因素主要措施补充措施碱集料反应选用非活性或低活性集料 ，限制混凝土中碱含量掺加粉煤灰、矿粉硫酸盐侵蚀选用低C3A水泥，掺 加粉煤灰、矿粉适当提高强度，引 气渗水提高强度，引气掺加粉煤灰、矿粉盐结晶掺加引气剂，保证 含气量弱酸性腐蚀提高强度n 单项破坏因素的防止措施 3耐久混凝土应该是抗裂性好的混凝土，耐久混凝土应考虑防止裂 纹措施，而耐久和防裂措施许多是一致的。 1选用水泥低早强（防裂要求R24h10-12MPa）低水化热、低C3A含量、低含碱量 2坚固耐久的集料，用锤式破碎机破碎的碎石（级配和粒 形 较好 ），冲洗干净。 3尽可能减少胶凝材料总量，为此尽可能降低单方拌合水量。为 此选
13、择合适的坍落度（纠正现在不管场合追求200220mm高坍 落度） 4掺加粉煤灰、矿粉或两者复掺 5掺加优质引气剂n 设计和配制耐久性防裂混凝土的一般通用途径 3（1）确定环境破坏的主要因素和次要因素。（2）根据破坏因素和服务年限确定耐久性的要求指标。（3）采取有效的提高耐久性的通用措施，综合兼顾耐久性、强度、防裂等要求，确定各项材料参数。（4）要考虑现场施工条件，施工质量水平，施工单位的质量保证体系。同时也要考虑经济性。其它具体设计细节可参考：混凝土结构耐久性设计与施工指南(2005修订版)CCES 01-2004n 耐久性综合设计应注意的主要因素和指标3n 设计方法： 质量法、体积法。444
14、n配合比设计细化思路结合混凝土性能进行配合比设计不同强度等级混凝土的性能，决定了设计采取的思路 和策略。例如C10C15，C20C45，C50C60这三 个系列的混凝土特性不同，需要分开进行设计。目前搅拌站常用的系列配合比设计方法是对普通混凝土配合比设计规程JGJ55的扩展和深化，比较适合 搅拌站的实际情况。但系列配合比设计应以设计参数 基本相同为原则，水胶比跨度不宜过大。44C10C15C20C45C50C60尽可能提高粘聚 性保持粘聚性适中尽可能降低粘聚 性 用水量适当提高用水量适当居中尽量降低用水量掺合料取代量提 高掺合料取代量居 中掺合料取代量适 当降低 适当提高砂率砂率适中适当降低砂
15、率适当降低外加剂 用量外加剂用量居中适当提高外加剂 用量 结合工程部位特征进行设计墙柱、顶板、大体积、地面等工程部位，对混凝土的 要求不一，需要根据不同部位进行配合比设计。例如 大体积混凝土采用高掺合料用量以减少水化热、地面 保证较高的水泥用量和较小的坍落度以防止起砂、墙 柱采取较高的强度保证率以确保验收时的回弹强度等 。44部位(构件)坍落度用水 量水泥用 量掺合料 用量外加剂 用量砂率窄剪力墙220mm 以上高高适中适中大顶板180mm适中适中适中适中适中底板（大体 积）180mm低低高高低地面160mm较高高低低低柱160mm适中较低较高较高较低 结合搅拌站可用材料性能进行设计搅拌站正在
16、使用的原材料品种直接影响混凝土配合比 的设计思路。例如粉煤灰和外加剂的质量影响原始用 水量选择，砂的质量影响砂率的选择等等。 结合搅拌站生产工艺进行骨料的存储与计量情况、搅拌机的生产能力、罐车的性能也同样影响混凝土配合比设计思路。4n 试配与配合比确定注意事项试配前的准备 应作有配计划 准备充足的原材料 所有原材料要进行检测 完善试验条件 搅拌机叶片间隙过大要及时修理或更换 试模涂刷隔离剂应尽可能少 微膨胀混凝土应采用铁试模 搅拌机、振动台均应有计时器等4n 试配与配合比确定注意事项 试配过程 保证称量数据及试验数据的准确性 尽量采用搅拌机搅拌 保证搅拌最小量，不能小于20L 同系列配合比尽可能在同一时间段做完 不同强度等级混凝土拆模时间应当不同等。4n 试配与确定注意事项 环境温度、湿度记录 根据不同目的留置充足的试件配合比确定
